专利名称：一种石油污染土壤修复的生物刺激方法
技术领域：
本发明属于环境修复技术，特别涉及一种石油污染土壤修复的生物刺激方法。
背景技术：
土壤作为环境中最大的受体，是一种有机和无机的结合体，含有多种石油烃类污 染物降解微生物，因此对污染有着强大的缓冲与自我修复能力。土壤在没有受石油污染前， 其自然群落结构或微生物种群并不适合石油污染；当土壤环境被石油污染后，微生物群落 结构会发生变化，能适应石油污染的种群继续发展或可以更好地发展种群，这些本土微生 物在利用土壤中的石油及其衍生物中的碳氢化合物作为其碳源和能源生长繁殖的同时实 现了石油污染物的降解。大量研究表明，当菌群处于石油污染环境中时，利用烃类化合物的 微生物数量急剧增长，Atlas报道在正常环境下降解菌一般只占微生物群落的1%，而当环 境受到石油污染时，降解菌比例则提高到10%。利用土壤中本土石油烃降解微生物能够进行石油污染土壤的修复，但由于土壤颗 粒与石油污染物结合后，油土分离难度大，在不投加外源石油烃降解菌剂的前提下，环境因 素的影响更加显著，从而减缓了这些污染物的降解速度。这些环境影响因素主要包括以下 几种环境温度、土壤湿度、土壤中营养物质水平、电子受体供应情况、土壤中氧气浓度、土 壤PH值和土壤渗透能力等。因此，改善石油污染土壤的性质，调控这些影响修复效率的外 部影响因素对于提高修复效果具有极其重要的作用。通过采取工程措施改良土壤环境，增 加石油污染物的生物可利用性，提供更加适宜本土石油烃降解微生物的土壤环境条件，能 够刺激本土石油烃降解微生物的生长和繁殖，提高本土石油烃降解微生物自身的降解能 力，从而加速石油污染物的降解，提高石油污染土壤的修复效率。
发明内容
本发明的目的是在不投加外源石油烃降解菌剂的前提下，通过生物刺激的技术手 段，提供一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，改良土壤环境、刺激本土石油烃降解微生 物生长繁殖以实现石油污染土壤的修复。本发明的技术方案是通过以下方式实现的a、检测分析石油污染土壤的物理化学性质含油量、酸碱性、营养物质水平、持水 性、渗透性、盐分含量、颗粒组成和石油烃降解菌数量；b、不投加外源石油烃降解菌剂，通过向石油污染土壤中添加土壤调理剂、种植植 物并采取农艺措施，改善土壤环境，刺激本土石油烃降解微生物的生长繁殖并发挥降解活 性；通过投加营养物质水平调节剂调整土壤中无机及有机营养物含量至本土石油降解微生 物生长和繁殖所需的条件；通过投加土壤粘性调节剂降低土壤粘性，增加土壤的透水和透 气能力；通过投加土壤酸碱性调节剂调节土壤酸碱性至本土石油降解微生物的最适PH值 范围；通过投加农用保水剂使土壤含水率长期保持在较适宜范围以减少修复过程中野外人 工浇水或在雨季人工排水的工作；通过种植植物改善植物根系附近的土壤微环境，刺激本
4土微生物的大量繁殖，间接促进石油污染物的根系微生物降解；通过农艺措施改善土壤通 气状况，维持不同深度土壤的氧气含量，同时可粉碎大颗粒石油污染土壤，促进土壤中物质 和能量的迁移和转化，使本土微生物与石油污染物充分接触以提高降解效率。通过添加营养物质调节剂以增加野外贫瘠土壤的营养物质水平，调节土壤中本 土微生物生长所需的各类营养物含量(比例)，刺激微生物生长繁殖，添加的肥料包括 氮、磷、钾肥和微量元素，所述的营养物质水平调节剂包括化肥、农家肥和有机肥，添加 量根据土壤中原有营养物质的水平计算，添加后土壤中碳氮磷钾的质量比例达到 100 8-15 1 0. 1。通过添加土壤粘度调节剂以降低土壤粘性，增加土壤孔隙率和透水性，增加土壤 中氧气和二氧化碳的通透程度，利于修复过程中本土微生物对氧的需求和及时排出降解产 物二氧化碳，所述土壤粘度调节剂包括黄砂和植物碎屑，植物碎屑包括粉碎的野外杂生野 草、粉碎的农作物秸杆和锯末，其添加量为污染土壤质量的-10%。所述的土壤酸碱性调节剂包括通过添加有机肥或腐殖酸肥降低土壤碱性，或通过 添加石灰降低土壤的酸性，使土壤PH值维持在中性附近。通过添加农用保水剂调节土壤保水能力，使一次浇水后土壤的持水量增加并在较 长时间内保持在一定水平，所述的农用保水剂为合成聚合物类、淀粉类、纤维素类无毒高分 子农用保水剂，其使用量参照农业保水剂用量。所述的农艺措施包括粉碎、翻耕、调湿和种植植物。粉碎大颗粒石油污染土壤，能 够促进土壤中物质和能量的迁移和转化，提高土壤中的石油污染物的生物可利用性，使本 土微生物与石油污染物充分接触以提高降解效率；翻耕、调湿能够促进土壤中好氧和兼性 好氧石油烃降解微生物的生长和繁殖，提高微生物对石油污染物的降解效率；种植植物能 够利用植物根系改善根际土壤微环境，与本土微生物协同作用继续进行石油污染土壤修 复。翻耕可采用机械翻耕或人工翻耕，翻耕频率为每周1-2次，调湿措施包括洒水、覆盖草 帘或农用地膜，种植植物为能耐受土壤中石油类含量、盐分含量的植物，以不进入人的食物 链的草类和本土植物为主。本发明提供了一整套石油污染土壤修复的生物刺激的方法，具体实施方法包括以 下步骤1)检测石油污染土壤的物理、化学性质，分析其含油量、酸碱性、营养物质水平、持 水性、渗透性、盐分含量、颗粒组成和石油烃降解菌数量；2)将石油污染土壤进行机械粉碎，向土壤中施加土壤粘性调节剂，加入量根据土 壤粘性情况而定，加入量为土壤质量的-10%;加入土壤酸碱度调节剂，若为酸性土壤则 加入石灰，若为碱性土壤则加入有机肥或腐殖酸肥，加入量为土壤质量的-5% ；加入肥 料调节土壤营养物质含量，加入量与土壤含油量有关，一般为土壤质量的-3% ；加入农 用保水剂，加入量为土壤质量的"3% ；将以上调理剂与土壤拌合、混勻；3)向石油污染土壤中浇水，保证土壤含水率为15% -20%，根据土壤含水量变化 情况及时补加水分或者用草帘、农用地膜等覆盖土壤表面；4)每周翻耕土壤1-2次；5)在污染土壤含油量降低至1. 0%或降低极为缓慢时种植植物，根据植物生长状 况施加肥料、浇水、松土。
本发明所述土壤粘度调节剂包括黄砂和植物碎屑，植物碎屑包括粉碎的野外杂生 野草、粉碎的农作物秸杆和锯末，所述的营养物质包括化肥、农家肥和有机肥，所述的农用 保水剂为合成聚合物类、淀粉类、纤维素类无毒高分子农用保水剂，所述的土壤酸碱性调节 剂包括有机肥、腐殖酸肥和石灰等，所述的植物包括所述的农艺措施包括粉碎、翻耕、洒水、 覆盖草帘或农用地膜、种植植物，植物为能耐受土壤中石油类含量、盐分含量的植物，以不 进入人的食物链的草类和本土植物为主，如高羊茅草、黑麦草、燕麦、碱篷、柽柳等。本发明的有益效果是不投加外源石油烃降解菌剂，仅采用生物刺激的方法来实 施石油污染土壤的修复。所使用的土壤调理剂均为廉价的材料，包括建筑用黄砂、野草和作 物秸杆的碎屑、锯末、石灰、有机肥、农用化肥、农用保水剂等。添加上述调理剂后可有效改 善土壤性质，降低土壤粘性，增加土壤通透能力，提高土壤肥力，调节土壤PH值，提高土壤 保水能力，从而改善了本土石油烃降解微生物的生存环境，为微生物发挥其石油降解作用 提供保障。添加的部分调理剂，如野草和作物秸杆的碎屑、锯末和有机肥等还可作为本土石 油降解菌的共代谢物，有利于石油降解菌的繁殖和土壤生物多样性的提高，对修复效果有 促进作用。采取的农艺措施既可保证本土石油烃降解微生物的生长繁殖，也可提高石油污 染物的降解效率，种植植物可利用植物根系的微生态环境，与微生物协同降解石油污染物， 进一步强化生态修复效果。该方法操作方法简便易行，所用植物对污染环境适应性强，便于 野外条件下操作。本方法已在大面积的石油污染土壤的修复过程中应用，取得较好的修复 效果。
四
图1是使用本方法90d、150d后石油污染土壤中的石油降解率与未使用本方法的 对照样的石油降解率对比图。
五具体实施例方式以下通过实施例进一步描述本发明的应用效果，但不限制本发明。实施过程如下1)首先测定土壤基本理化性质，石油污染土壤含油率均值为2. 89%，土壤粘性较 大，PH值偏碱，全氮量为0. 26g/kg，持水量为5. 51%，本土烃降解菌数量为0. 08 X IO4MPN, 含盐量为15. 31g/kg ；2)将地表至深度约30cm的石油污染土壤粉碎，在土壤中添加黄砂20g/kg，添加野 草碎屑10g/kg，添加有机肥15g/kg，施用农用复合肥15g/kg，农用保水剂10g/kg，将上述调 理剂与土壤拌合、混勻；3)每周将土壤翻动1 2次，根据土壤中水分蒸发量浇水，使土壤含水率保持在 15 20%范围内；4)在实施修复90d后，本土烃降解菌数量上升至1.38X IO6MPN,持水量提高至 38. 65 %，全氮量为2. 04g/kg,石油污染土壤含油率降至1 %以下，种植高羊茅草继续进行 修复，播种后的初期覆盖草帘，浇水，种植高羊茅草60d后，石油污染土壤含油率降至0. 3%
左右ο实施例中，所用石油污染土壤为胜利油田油井井口附近的新鲜石油污染土壤。
本实施例的石油污染物降解率如图1所示。本发明已参照较优实施方案做了描述，熟悉上述详细描述的本领域的技术人员可 以做出许多变动和替换，其均包含在本发明的范围和实质内容中。
权利要求
一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，其特征在于a、检测分析石油污染土壤的物理化学性质含油量、酸碱性、营养物质水平、持水性、渗透性、盐分含量、颗粒组成和石油烃降解菌数量；b、不投加外源石油烃降解菌剂，通过向石油污染土壤中添加土壤调理剂、种植植物并采取农艺措施，改善土壤环境，刺激本土石油烃降解微生物的生长繁殖并发挥降解活性；通过投加营养物质水平调节剂调整土壤中无机及有机营养物含量至本土石油降解微生物生长和繁殖所需的条件；通过投加土壤粘性调节剂降低土壤粘性，增加土壤的透水和透气能力；通过投加土壤酸碱性调节剂调节土壤酸碱性至本土石油降解微生物的最适pH值范围；通过投加农用保水剂使土壤含水率长期保持在较适宜范围内以减少修复过程中野外人工浇水或在雨季人工排水的工作；通过种植植物改善植物根系附近的土壤微环境，刺激本土微生物的大量繁殖，间接促进石油污染物的根系微生物降解；通过农艺措施改善土壤通气状况，维持不同深度土壤的氧气含量，同时可粉碎大颗粒石油污染土壤，促进土壤中物质和能量的迁移和转化，使本土微生物与石油污染物充分接触以提高降解效率。
2.根据权利要求1所述的一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，其特征在于通过 添加营养物质调节剂以增加野外贫瘠土壤的营养物质水平，调节土壤中本土微生物生长所 需的各类营养物含量(比例)，刺激微生物生长繁殖，添加的肥料包括氮、磷、钾肥和微量元 素，所述的营养物质水平调节剂包括化肥、农家肥和有机肥，添加量根据土壤中原有营养物 质的水平计算，添加后土壤中碳氮磷钾的质量比例达到100 8-15 1 0. 1。
3.根据权利要求1所述的一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，其特征在于通过添 加土壤粘度调节剂以降低土壤粘性，增加土壤孔隙率和透水性，增加土壤中氧气和二氧化 碳的通透程度，利于修复过程中本土微生物对氧的需求和及时排出降解产物二氧化碳，所 述土壤粘度调节剂包括黄砂和植物碎屑，植物碎屑包括粉碎的野外杂生野草、粉碎的农作 物秸杆和锯末，其添加量为污染土壤质量的_10%。
4.根据权利要求1所述的一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，其特征在于所述的 土壤酸碱性调节剂包括通过添加有机肥或腐殖酸肥降低土壤碱性，或通过添加石灰降低土 壤的酸性，使土壤PH值维持在中性附近。
5.根据权利要求1所述的一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，其特征在于通过添 加农用保水剂调节土壤保水能力，使一次浇水后土壤的持水量增加并在较长时间内保持在 一定水平，所述的农用保水剂为合成聚合物类、淀粉类、纤维素类无毒高分子农用保水剂， 其使用量参照农业保水剂用量。
6.根据权利要求1所述的一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，其特征在于所述的 农艺措施包括粉碎、翻耕、调湿和种植植物。粉碎大颗粒石油污染土壤，能够促进土壤中物 质和能量的迁移和转化，提高土壤中的石油污染物的生物可利用性，使本土微生物与石油 污染物充分接触以提高降解效率；翻耕、调湿能够促进土壤中好氧和兼性好氧石油烃降解 微生物的生长和繁殖，提高微生物对石油污染物的降解效率；种植植物能够利用植物根系 改善根际土壤微环境，与本土微生物协同作用继续进行石油污染土壤修复。翻耕可采用机 械翻耕或人工翻耕，翻耕频率为每周1-2次，调湿措施包括洒水、覆盖草帘或农用地膜，种 植植物为能耐受土壤中石油类含量、盐分含量的植物，以不进入人的食物链的草类和本土 植物为主。
7.根据权利要求1所述的一种石油污染土壤修复的生物刺激方法，其特征在于具体实施方法包括以下步骤1)检测石油污染土壤的物理、化学性质，分析其含油量、酸碱性、营养物质水平、持水 性、渗透性、盐分含量、颗粒组成和石油烃降解菌数量；2)将石油污染土壤进行机械粉碎，向土壤中施加土壤粘性调节剂，加入量根据土壤粘 性情况而定，加入量为土壤质量的-10%;加入土壤酸碱度调节剂，若为酸性土壤则加入 石灰，若为碱性土壤则加入有机肥或腐殖酸肥，加入量为土壤质量的"5% ；加入肥料调 节土壤营养物质含量，加入量与土壤含油量有关，一般为土壤质量的"3% ；加入农用保 水剂，加入量为土壤质量的"3% ；将以上调理剂与土壤拌合、混勻；3)向石油污染土壤中浇水，保证土壤含水率为15%-20%，根据土壤含水量变化情况 及时补加水分或者用草帘、农用地膜等覆盖土壤表面；4)每周翻耕土壤1-2次；5)在污染土壤含油率降低至1.0%或降低极为缓慢时种植植物，根据植物生长状况施 加肥料、浇水、松土。
全文摘要
一种石油污染土壤修复的生物刺激方法。该方法在不投加石油污染物生物降解菌剂的前提下，通过添加土壤调理剂，改良土壤环境，降低土壤粘性，增加土壤通透性，调节土壤保水能力，同时调节本土微生物生长所必需的无机及有机营养成分，维持土壤pH值在中性附近，促进土壤中石油污染物降解微生物的生长和繁殖，提高本土微生物对石油污染物的降解效率；通过种植植物，改善植物根系附近的土壤微环境，植物通过向根系分泌氨基酸等低分子有机物而刺激本土微生物的大量繁殖，间接促进石油污染物的根系微生物降解；加速原油污染土壤的修复、恢复土壤原来状态。
文档编号B09C1/10GK101947544SQ20101026813
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者刘娜, 史德青, 孙正贵, 张建, 李毅, 桂召龙, 王田丽, 祝威, 董健 申请人:胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司